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电子元器件之---三极管 一 (结构、功能、参数)

三极管的功能

半导体三极管也称为晶体三极管,是电子电路中最重要的器件之一,它主要的功能是电流放大和开关作用三极管是电流控制元件,利用基础窄小的特殊结构,通过载流子的扩散和复合,实现基极电流对电极电流的控制,使三极管具有更强的控制能力、如上图所示为电路中常用的三极管

三极管的结构

三极管是现代电子设备中组成放大电路的核心元件,是由两个相距很近的PN结构成的。在两个N型半导体的中间放置一个较薄的P型半导体、或者在两个P型半导体的中间放置一个轻薄型半导体,形成三个区、即基区、集电区和发射区。由各区引出三个电极,分别称为基极(用字母B表示)、集电极(用字母C表示)、和发射极(用字母E表示)。再用固体材料将其封装起来,可分别构成NPN型三极管和PNP型三极管,这两类三极管的结构与符号如图所示。基区与集电区间的PN结为集电结,基区与发射区间的PN结为发射结。

三极管的放大作用

1、三极管各电极上的电流分配

以NPN三极管为例,如上图所示,电源EC给三极管集电 结提供反向电压电源EB给三极管发射结提供正向电压。电路接通后,就有三支电流流过三极管、即基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE。

图中三支电流的关系为:IE=IB+IC。对PNP型三极管同样适用。这个关系符号节点电流定律:流入某节点的电流之和等于流出该节点电流之和。

2、三极管的电流放大作用

晶体三极管的重要特性是具有电流放大能力。要实现电流放大,必须为三极管加上合适的工作条件。对于NPN型三极管,在发射结上要加正向电压(称为正偏),即须满足UB大于UE,集电结加反向电压(称为反偏),即UC大于UB。而PNP型三极管,要满足UE小于UB大于UC。

在图中,调节RP的阻值,可以改变基极电压,从而调节基极电流IB的大小,IB的变化会同时引起集电电极电流IC 的变化和发射极电流IE 的变化。而且集电极电流IC与基极电流IB之比约为一个常数,即:IC/IB约等于B

这一个常数B称为三极管的电流放大倍数。不同型号三极管的B值不同,绝大多数三极管的B值一般在50-150之间。三极管功率越大,B值越小。

通过实验证实:

(1)当UBE小于0.5V时,IB约为0,IC也未0(此时三极管内C极与E极间相当于是一只无穷大 的电阻)。IC为0称为三极管“截止”,“截止时”,UC大于UB。

(2)当0.5V小于UBE小于0.7V时,IB随UBE成近似比正,比变化,IC也与IB成正比变化(因IC/IB约等于B),这就是说三极管处于“放大”状态。这种状态下,三极管内C极与E极间相当于是一只阻值可变的电阻,UCE随UBE变化而变化。

(3)当UBE大于等于0.7V时,UBE若再增大,会使IB进一步增大,但过大的IB会使三极管太过发热而损坏.IC达最大值后不再随IB成比例增大。此时状态为三极管“饱和”。饱和时,UCE时很低,称为饱和压降,一般情况下,UCE小于0.1V。

可见,三极管基极电流IB的微小变化,控制了集电极电流IC较大的变化,这就是三极管的电流放大作用。实质上,三极管的放大作用是用“小电流”控制“大电流”,而不是对能量的放大。所以说,三极管是一种“电流控制型”电子元件。

PNP三极管的三种状态

三极管的截止、放大、饱和称为三极管的三种工作状态。放大状态主要用在放大电路,截止于饱和状态主要用在开关电路。

1、截止状态

加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电,基极电流为零,集电极和发射极电流都为零,三极管这时失去了电流放大作用,集电极和发射极之间相当于开关的断开状态,我们称此时三极管处于截止状态。

2、放大状态

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,并处于某一恰当的值时,三极管的发射结正向偏置,集电结反向偏置,这时基极电流对集电极电流起着控制作用,使三极管具有电流放大作用,其电流放大倍数为B=NC/NB,这时的三极管处放大状态。

3、饱和导通状态

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,并当基极电流增大到一定程度时,集电极电流不再随着基极电流增大而增大,而是处于某一定值附近不怎么变化,这时三极管失去了电流放大作用,集电极与发射极之间的电压也很小,集电极和发射极之间相当于开关的导通状态,三极管的这种状态称为饱和导通状态。

根据三极管工作时各个电极的电位高低,就能判别三极管的工作状态,因此,电子维修人员在维修过程中,要用万用表测量三极管各脚的电压,判别三极管的工作情况和工作状态。

三极管的分类

三极管的种类很多,具体分类如下:

如果按照制造材料分,可分为硅三极管和锗三,极管。

如果按照导电类型分,可分为PNP型和NPN型。其中,锗三极管多为PNP,硅三极管多为NPN型。

如果按照工作频率分,可分为低频管和高频管。一般低频管用以处理频率在3以下的电路中,高频管的工作频率可以达到几百兆赫。

如果按照允许耗散的功率大小分,可分为小功率管和大功率管。一般小功率管的额定功耗在1W以下,而大功率管的额定功耗可达几十瓦以上。如下图所示为小功率三极管和大功率三极管。

三极管的符号

三极管在电路中常用字母“Q”、'V'、'BG'等表示。而在电路中的图形符号主要有如上图所示的两种。

三极管的命名

在国产三极管中,三极管的型号由5部分组成,从左往右依次为1~5。

第1部分为主要部分,用数字3表示三极管。

第2部分为材料与极性部分,用字母表示。如图所示为三极管材料与极性代号和意义对照表。

第3部分为类别部分,用字母表示,如表所示为三极管类别代号与意义对照表。

第4部分为序号部分,用数字表示同一类别产品的序号。

第5部分为规格号部分,用字母表示产品规格、档次。

例如,3AD50C表示低频大功率PNP型锗管,3DG6E表示高频小功NPN型硅管。

三极管的参数

三极管的性能参数有很多,下面介绍几种常用的参数。

1.共射放大系数(β)

三极管共射放大系数(β)指共射电路中,交流输出短路小信号输入时的交流电流放大系数。β表征了三极管的电流放大能力。β值越大,对小信号的放大能力越强,但β值不可能做得过大,若过大三极管的性能将会变得不稳定。通常情况下三极管的β值一般在50-150之间。三极管的功率越大,β值越小。

2.特征频率(FT)

特征频率(FT)是指在规定集电极-发射极电压(UCE)和集电极电流(IC)的条件下,共发射极小信号时的交流电流放大系数hFE随频率升高而下降,降为1时的频率。

在维修中,还经常用到三极管的极限参数,极限参数指三极管在正常工作时所允许的电流电压和功率的极限数值。

3.集-射击穿电压(UCEO)

集-射击穿电压是指发射极接地,基极对地开路,集电极与发射极间在指定条件下的最高反向耐压。如果工作电压因故障超过此电压,三极管将肯被击穿损坏。

4.集电极最大允许耗散功率(PCM)

由于集电极电流流经集电结时会产生热量,使结温上升,过高的结温将会烧坏三极管。为确保安全,规定当三极管因受热而引起的参数变化不超过允许值时,集电极所消耗的功率为集电极最大允许耗散功率。

5.集电极最大允许电流(ICM)

在集电极允许耗散功率的范围内,能连续通过发射极的直流电流的最大值,或正向交流电流 的最大平均值,为集电极最大允许电流。



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